虛擬現實技術在礦山救護隊消防訓練中的應用

祁 巍

(神東煤炭集團救護消防大隊，內蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

礦山救護隊是以《煤礦安全規程》《礦山救護規程》等法規為依據成立的處理和搶救礦井火災、礦山水災、瓦斯與煤塵爆炸、瓦斯突出與噴出、火藥爆破炮煙中毒等礦山災害，具有職業性、技術性、軍事化的專業救援隊伍，并且很多礦山救護隊兼具輔助地方消防救援任務。礦山救護隊機構設置一般包括戰訓科、裝備管理科、綜合科、應急救援調度室等，救護大隊下設不同數量的救護中隊。

近年來，隨著火災及各種突發事故的增加，消防救援隊所承擔的滅火救援任務越來越繁重，各類輔助消防隊伍在救援過程中發揮越來越大作用，同時，消防救援過程中復雜環境中潛在的風險也制約消防救援任務順利、出色地完成。據統計，在過去的幾年間，在消防救援過程中，各類消防救援隊伍平均每年有數十名消防救援隊員在救援戰斗中因公犧牲，受傷的人數更多。提高訓練質量、合理評價訓練效果是降低礦山救護隊在消防救援過程中救援人員傷亡的合理有效手段。傳統的消防救援訓練的訓練場景通常與災害現場實際情況有一定的出入，災害情景構建不夠靈活。虛擬現實技術(Virtual Reality Technology，縮寫為VRT)將計算機、電子信息、仿真技術于一體，利用VR眼鏡、頭盔等設備實現虛擬環境模擬，能夠讓使用者在虛擬環境中獲得環境沉浸感、擁有感知功能、實現人機交互。

20世紀90年代，成熟的虛擬仿真技術產品在英國和美國就已經應用于消防訓練。VRT技術可以實現消防訓練虛擬環境的構建，可以開展以真實環境為依托的消防救援訓練，能夠檢測救援過程中可能出現危害救護隊員的風險，能夠更加科學、規范的制定解危措施，從而更好響應應急管理部消防救援局最新提出的消防救援隊伍作戰訓練行動“堅持指戰員‘生命至上’原則”。

1 礦山救護隊消防訓練

在消防救援工作中，危及消防官兵生命的安全隱患主要有:建筑坍塌、爆炸、爆燃或轟燃、墜落或掉落、觸電、煙氣中毒、大火圍困、堆垛塌方和其他災害事故。建筑坍塌、爆炸、爆燃或轟燃成為造成消防官兵犧牲的主要隱患。其中，因建筑坍塌、爆炸、爆燃或轟燃造成官兵犧牲人數，占總犧牲人數的70%以上，建筑坍塌造成的犧牲人數最多，約占總犧牲人數的40%以上。

消防救援工作危險度高，個人素質、責任意識影響指揮水平和救援實施效果，通過加強業務訓練對保障救援過程中消防隊員自身安全至關重要。通常消防工作的業務訓練包括訓練準備、體能訓練、攀登訓練、繩索訓練、翻越障礙、模擬訓練實戰演練等，枯燥的訓練容易受到基層管理人員和消防隊員的抵觸，而實戰訓練、組織指揮相對組織難度較大，這嚴重影響了礦山救護隊消防作戰能力，也難以保障消防隊員的自身安全。

地面消防訓練基地建設要實現安全系數高、設施場景可變化的火災等真實場景訓練場，在場地面積、建設經費等方面投入較多，而礦山救護隊的主要救援任務是礦山災害救護，兼作地方地面消防隊伍，建設全面真實場景的訓練基地很難保證設備設施利用率，較高的維護費用也不利于礦山救護隊的發展。

2 虛擬現實技術及其在消防訓練中的應用

隨著計算機硬件性能的提升，虛擬現實技術在工程技術上的應用越來越多，在消防救援工作的日常培訓、模擬實戰等方面有著廣闊的應用前景。

2.1 消防安全教育

消防安全教育是提高消防隊員安全意識、自救能力的重要途徑。傳統方式單純地采用文字、圖片等手段比較枯燥，不利于接受，采用虛擬現實技術通過模擬實踐能使消防隊員清晰、透徹的理解各種危險源所帶來的危害，以及危害程度，印象深刻。

2.2 虛擬消防訓練

消防實戰訓練是消防救援單位重要的戰訓環節，消防實戰訓練受時間、場地、設備、經費等的約束，很難經常開展。消防實戰訓練是提高消防救援部隊實戰能力最有效的方法，傳統實戰訓練需要較大的訓練場地，多部門配合，物資消耗較大，創建不同的災害環境更增加了物資消耗和人員配合。另外，受現場條件的限制，傳統訓練方式的復盤重演不易實現。使用VRT建立虛擬消防訓練系統，可以在模擬訓練系統中實現場景內漫游，能夠準確地觀測到指揮員現場指揮細節、觀察到消防隊員在救援過程具體施救方法和解危措施，能夠觀察到參加救援的偵查人員、消防隊員、指揮員現場協作效果，而且可以實現人員異地同步消防演練。

2.3 解危措施模擬

消防救援的環境復雜、危險源種類繁多，不同的災害現場、不同的受災人群、不同的救援人員，相同的解危措施效果往往大相徑庭。在真實的環境中受災人和救援人的情緒和行為與傳統訓練中有較大區別。虛擬環境的建設能最大限度的模擬災害發生過程真實環境，在“身臨其境”的條件下觀察相關人員情緒和行為，并對采取應對措施的有效性、合理性進行評估。

VRT具備實現過程回放、數據交互的功能，有利于發現救援過程中事故發生的具體細節，有利于觀測相關人員在真實環境下的行為反應，對優化救援方案和解危措施具有指導作用。

2.4 火災模擬

火災救援是地面消防工作中的主要任務之一，逼真的模擬火災救援現場模擬費用高、安全隱患多，不易實現；計算機數值模擬技術模擬火災事故得出的數據繁雜，需要專業人員解析，不利于救護隊人員理解分析。

通過使用VR眼鏡、VR頭盔等設備在創建虛擬的火災事故現場進行訓練，能夠將火災事故發展的過程、真實環境完整的展示給相關受訓人員，并能夠提高相關受訓人員對火災事故發展過程的感知認識。在模擬過程中能夠實現動態交互，根據實際情況調整災害相關參數，并對影響救援的煙氣流動等進行動態觀測，見圖1。

2.5 災害現場重建

火災現場痕跡是確定火災起因、認定事故性質的關鍵證據，采集現場數據三維重建火災現場痕跡，可以用來推演火災發生過程，為得到準確、可靠的結論提供支撐。VRT可以快速高效的重建火災現場，模擬火災發生、蔓延等過程，可以檢查現場消防設施設置、災情回溯和火災分析。

3 結語

將虛擬現實技術應用到消防救援中，可以提高訓練質量，提高消防隊伍實戰能力，是滿足現代化消防救援隊伍建設的技術手段。通過虛擬現實技術開展模擬實戰訓練比傳統的模擬實戰具有如下優勢：

1)減少訓練場地面積，節省大量人力物力，縮短模擬實戰訓練籌備時間，在相同參數條件下可重復演練；2)利用計算機建模可以實現復雜真實場景設計，可以使受訓者身臨其境中獲得環境沉浸感，可以擁有感知功能、實現人機交互；3)虛擬現實技術可以為消防救援活動提供決策支持，通過模擬技術為決策者提供最優方案；4)降低訓練過程中物資消耗、減少設備磨損和維護；5)仿真度高、安全系數高；6)訓練數據采集全面、高速，便于分析總結。

礦山救護隊輔助消防隊伍，采用先進技術提高訓練質量能夠保障救護隊員在訓練和執行任務過程中的安全。